华电-电力系统-马进老师-教案-第二章

1、精选优质文档-倾情为你奉上第二章 电力系统各元件的特性和数学模型教学目的：1、掌握发电机、变压器、输电线路及负荷的运行特性和数学模型；2、了解各类模型的适用范围；树立正确的电力系统仿真观点；3、了解建立电力系统模型的方法。教学内容：1、发电机组的运行特性和数学模型；2、变压器的参数和数学模型；3、电力线路的参数和数学模型；4、负荷特性及数学模型；5、建立电力网络的数学模型。第一节 发电机的运行特性和数学模型一. 1、隐极机： d-q轴对称， =，：直轴电抗； ：交轴电抗； ；2、凸极机： ，确定q轴，虚构电势=二. 隐极发电机的运行限额和数学模型（发电机的D形图）1、（1）在额定状况下做发电机

2、的向量图（2）将向量三角形等比例放大，在图上表示出功率因数角、额定有功和额定无功（3）发电机运行的其他约束条件：a.定子绕组温升约束：定子绕组温升取决于定子绕组电流，即取决于发电机的视在功率。b.励磁绕组温升约束：励磁绕组温升取决于励磁电流，也就是取决于发电机的空载电势。c.原动机功率约束：原动机功率不能超过发电机的额定功率。d.其他约束：进相运行时，定子端部温升，故要限制进相运行幅度。2、发电机的数学模型在稳态情况下，发电机就是一个电源，其数学模型是：P+jQ三、凸极式发电机的运行限额和数学模型对图2-7，首先要证明投影PN、QN就是根据算出的有功与无功注意励磁约束第二节 变压器参数和数学模

3、型一、双绕组变压器参数和数学模型1、：短路损耗铜耗 （铭牌参数） 2、3、 ：MVA。 若以kW为单位，则有：4、变压器空载时，等值阻抗中电纳很小，很小，故二、三绕组变压器1、等值电路2、按容量比有三种不同类型：.100/100/100 .100/100/50 .100/50/100；目前是两两短路试验测得的短路损耗，如果是类型：然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻。对于第类第类变压器，因为总是在做实验时，让容量小的一方达到额定电流，因此首先将功率归算到额定电流侧。（此处举例题）3、电抗（1）绕组排列方式升压变压器：中压绕组最靠近铁芯，低压绕组居中，高压绕组在最外层；降压变压器：低压绕组

4、最靠近铁芯，中压绕组居中，高压绕组在最外层； a.考虑绝缘，所以高压绕组在最外层 b.减小漏抗（2） 三、自耦变压器的参数和数学模型1、自耦变压器参数和等值电路的确定和普通变压器无异2、容量归算：三绕组自耦变压器的第三绕组容量总小于变压器的额定容量所以如果铭牌参数没有经过容量归算，必须对功率与短路电压进行容量归算。四、讲解P39，例2-2第三节 电力线路的参数和数学模型一、电力线路结构架空线：图2-13，P41 电缆：图2-14，P411、架空线：（1）多股导线，绞线：LGJ400/5（铝钢芯载流部分额定截面积400/钢芯部分额定截面积50）；LGJJ（加强）；LGJQ（轻型）（2）钢芯铝绞线

5、：a.钢芯承载，拉伸；b.铝的导电性较好；c.电流的趋肤效应（3）扩径导线：减小电晕，增大截面积；E正比于1/R，场强与半径成反比分裂导线：将每相导线分裂成很多根，并将它们布置在半径为的圆周上 2、绝缘子： a.针式绝缘子：电压不超过35kv；b.悬式绝缘子：成串使用，用于电压35kv及以上的线路上绝缘子片数与电压等级有关，规程规定如下表：35kv线路60kv线路110kv线路220kv线路330kv线路500kv线路不少于3片不少于5片不少于7片不少于13片不少于19片不少于25片3、换位问题如果不换位，a、b、c三相间的距离永远是ab，bc小，ac大，影响电感；进行整换位循环后，ab，bc

6、，ca的距离对称；滚式换位：P44，图2-214、电缆（1）优点：占用土地面积少，供电可靠（不易受到外界气候及人力干扰）缺点：造价高（2）电缆的构造一般分为：导体、绝缘层、包护层110kv及以上电压级的线路采用充油电缆：导体中空，内部充油二、电力线路的阻抗线路参数有：a.串联时，电阻、电感 b.并联时，电纳，容纳1、有色金属导线架空线路的电阻（1）有色金属导线：铝线、钢芯铝线和铜线（2）每相单位长度的电阻： r1：导线单位长度的电阻 S：截面积：电阻率（铝：=31.5，铜：=18.8）（3）钢芯铝线的电阻，由于可只考虑主要载流部分铝线部分的载流作用，可认为与同样额定截面积的铝线相同。（4）手册

7、提供20摄氏度时的电阻2、有色金属导线单相架空线路电抗 ur:相对导磁系数，空气ur =1； u0：真空导磁系数； 导磁系数u=u0ur日3、有色金属三相架空线路的电抗：三相导线的几何平均距离注意：（1）xr与几何均距、导线半径之间为对数关系，放大10倍，取对数也就是1，所以导线的布置方式、导线的截面积大小对线路电抗没有显著影响；（2）架空线路的电抗一般在0.4左右4、分裂导线三相架空线路电抗其中：P51，图2-27：（1）随分裂导线数的增多，电抗下降，但一开始随着分裂导线的增多，电抗下降得很陡，而导线分裂数超过3到4根时，电抗下降逐渐减缓。（2）几何均距增大，同样可以减小电抗5、钢导线三相架

8、空线路的阻抗（1）电阻：钢导线导磁，交流电流流过钢导线时，集肤效应和磁滞效应很突出；钢导线的电阻不是常数，而为电流的函数；（2）电抗：单位长度外电抗+内电抗，查手册三、电力线路的导纳1、单相架空线路的电纳 图2-30：Dab就是ab导线间的距离2、三相架空线路的电纳 ：几何均距3、分裂导线线路电纳分裂导线等效地增大了导线半径，从而增大了每相导线的电纳4、架空线路的电导架空线路电容是由于架空线路电压形成，电导G，意味着IG=GV，对地有电流，所以线路的电导取决于沿绝缘子串的泄漏和电晕。（1）线路实际运行电压高于电晕临界电压时，将发生电晕：空气击穿；（2）三相导线水平排列时，中间相易于发生电晕；（

9、3）一般设计时需满足晴朗天气不发生电晕，同此可设g=0四、电力线路的数学模型1、已知单位长度的电阻、电抗、电纳、电导，就可以作出线路等值电路图，线路的等值电路与线路的长度有关：（1）一般线路的等值电路：中等及中等以下长度线路；对架空线路，长度大的为300km；对电缆线路，大约为100km。如果架空线路长度不超过100km，略去对地支路（G、B支路）；中等长度线路：长度在100300km之间架空线，不超过100km电缆；（2）长线路的等值电路长线路：长度超过300km的架空线路，超过100km的电缆线路推导公式双端口网络与型/T型等值电路根据P67，（2-58）与的表达式，作出等值电路。物理实质

10、：长线路不能看作集中参数电路，只能看作分布参数电路，在集中参数前面乘以系数Kr、Kx、Kb。2、波阻抗和自然功率（1）假设：无损耗电路，=0，=0（2）特性阻抗Zc，在无损耗电路变成一个纯电阻：波阻抗。传播系数r：仅有虚部，称为相位系数（3）自然功率：波阻抗负荷，负荷阻抗为波阻抗时，该负荷消耗的功率单导线两分裂三分裂四分裂波阻抗385415欧285305欧275285欧255265欧220kv线路，采用单导线，波阻抗400欧，自然功率：120MW500kv线路，四分裂导线，波阻抗260欧，自然功率：1000MW（4）由此可见：线路长度为1500km时，始末端电压的相位差为；线路长度为6000k

11、m时，始末端电压差一个周波，即波形重合；在系统运行中，如果线路输送的功率接近自然功率，那么线路末端电压与始端电压接近；如果输送功率大于自然功率，线路末端电压低于始端；如果输送功率小于自然功率，线路末端电压将高于始端。五、负荷的运行特性和数学模型1、负荷的概念（1）物理概念：千万个用电设备消耗功率的总和（工业、农业、商业、居民）电力系统的综合用电负荷；供电负荷（发电厂应供应的功率）= 综合用电负荷 + 网损；发电负荷（发电机应发的功率）= 供电负荷 + 厂用电（2）负荷曲线：负荷随时间而变化的规律 按种类：有功负荷曲线/无功负荷曲线； 按时间段长短分：日负荷曲线/年负荷曲线； 按计量地点分：个别

12、用户、电力线路、变电所、发电厂及整个系统（3）负荷曲线的作用：讲解图2-43（P72），制定发电厂的发电负荷计划（4）不同负荷，其负荷曲线的特点：图2-44（a-d） ：最大负荷功率；日负荷曲线中的最大负荷功率所有不同类型负荷最大功率之和（5）无功功率日负荷曲线：P73，图2-45；无功与有功不一定同时出现。（6）有功功率年负荷曲线：年最大负荷曲线：一年内每月最大有功功率负荷变化曲线。2、负荷的静态特性和数学模型（1）负荷特性：负荷功率随负荷端电压或系统频率变化而变化的规律，分为有功特性和无功特性，或分为静态特性和动态特性。（2）负荷静特性：超越函数或多项式指数模型：多项式模型： 六、电力网络

13、的数学模型1、标幺制：取基准，用相对值计算； 有名制：用有单位的物理量进行计算；转换关系：标幺值 = 有名值/基准值（1）标幺制的特点：三相线路中，线电压、线电流的标幺值与相值相同；所有有名值的物理规律仍然成立2、有名值的电压级归算：不同变压器等级归算到同一等级3、标幺值的电压级归算两种方法：a.将所有的元件都归算到同一电压等级下基本级：然后除以与基本级相对应的基准值；b.选一个基准值，将基准值折算到各个电压等级。通过例题2-6讲解这两种方法：求解步骤：（1）作出每一种元件的等值电路，归算到相应的电压等级（有名值）；（2）采用方法a，即有名值全部归算到220kv侧后，取基准功率SB=1000MVA，UB=220kv；得到，可求出每一元件的标幺值；（3）采用方法b,将基准值归算到每一电压等级，得到该电压等级下的阻抗基准，可求得。对比表2-5中例1与例2的不同求法。例1是归算到同一电压等级下，因此基准用220kv（同一电压等级下）的基准；而例2是将电压等级归算到各个等级，如，所以 七、等值变压器模型及应用1、为什么要用等值变压器模型。（1）上一节讲的有名值电压等级归算的缺点：一旦变压器变比改